阿布來克·尼牙孜,章世奎,王紹鵬,王亞銅,樊國(guó)全

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院輪臺(tái)果樹資源圃,新疆輪臺(tái) 841600;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,新疆吐魯番 838000)

0 引 言

【研究意義】庫爾勒香梨是新疆主要栽培的最具有代表性的優(yōu)良果品[1],皮薄、肉質(zhì)細(xì)嫩酥脆、香氣濃郁[2]。傳統(tǒng)的根系互享型栽培模式下,由于庫爾勒香梨自身生長(zhǎng)極性較強(qiáng)、樹體生長(zhǎng)旺盛,樹冠上部的枝條易徒長(zhǎng),致使樹體養(yǎng)分過度消耗,果實(shí)偏小,坐果率、果實(shí)品質(zhì)低和樹體分枝生長(zhǎng)勢(shì)不均衡。通過改變?cè)耘嗄Ｊ絹硐拗茙鞝柪障憷娴臉O性生長(zhǎng),改良果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量,對(duì)提高庫爾勒香梨的商品價(jià)值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。研究根域限制栽培模式對(duì)庫爾勒香梨葉片光合和熒光特性、果實(shí)品質(zhì)的影響,對(duì)庫爾勒香梨的高效生產(chǎn)具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】根域限制栽培又叫限根栽培(Root restriction, Rooting-zoon restriction, Root confinement)是一種通過物理、生態(tài)或化學(xué)等方法控制根系的生長(zhǎng),達(dá)到調(diào)節(jié)果樹地上部分營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)相適應(yīng)新型栽培技術(shù)[3]。近年來,根域限制栽培技術(shù)的研究與應(yīng)用在葡萄[4-8]、櫻桃[9-11]、桃[12-15]、柑橘[16-18]、蘋果、番茄、黃瓜等許多園藝植物上有報(bào)道,均能夠有效提升樹體的肥水利用效率、提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì),根域限制栽培技術(shù)是平衡樹體地上部的營(yíng)養(yǎng)和生殖生長(zhǎng)的有效方法,顯著提高果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)。【本研究切入點(diǎn)】關(guān)于根域限制栽培模式下庫爾勒香梨葉片光合、熒光特性及果實(shí)品質(zhì)方面的研究報(bào)道較少。需研究根域限制栽培模式對(duì)庫爾勒香梨葉片光合和熒光特性及果實(shí)品質(zhì)的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究采用根域限制栽培模式和傳統(tǒng)的根系互享型栽培模式的比較試驗(yàn),分析根域限制栽培對(duì)庫爾勒香梨葉片光合、熒光特性和果實(shí)品質(zhì)的影響,為塔里木盆地綠洲干旱、鹽堿區(qū)域庫爾勒香梨的栽培提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)地設(shè)在新疆巴音郭楞蒙古自治州輪臺(tái)縣輪臺(tái)果樹資源圃2號(hào)資源保存圃內(nèi)進(jìn)行,該地的氣候類型為暖溫帶大陸性干旱氣候,具有豐富的光熱資源,年總輻射量達(dá)577.6 kJ/cm2,年均氣溫10.6℃,年平均降水量52 mm,年總蒸發(fā)量約為2 071.9 mm,無霜期約為188 d。地勢(shì)平坦,土肥水管理中等。

選取根域限制栽培模式(限根栽培)和傳統(tǒng)的根系互享型栽培模式(傳統(tǒng)栽培)下種植的8 a生庫爾勒香梨為研究對(duì)象。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根域限制栽培模式中坑下和四面墻用水泥固定,控根器直徑2.0 m、高2.0 m;傳統(tǒng)的根系互享型栽培模式的植株栽植于栽培穴中,栽培穴大小相同,處理方法一致。每組試驗(yàn)重復(fù)15株,南北行向,株行距4.0 m × 4.0 m,行間設(shè)置排水溝。兩種栽培模式水肥管理水平一致,砧木均為杜梨。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 光合參數(shù)

2021年8月中旬,選擇晴朗無云的白天,利用Li-6400XT型便攜式光合作用儀(LiCor,Lincoln,NE,USA),開放式氣路,測(cè)定相關(guān)光合參數(shù)。測(cè)定的時(shí)間為08:00～20:00,每隔2 h測(cè)定1次。測(cè)定的光合參數(shù)分別為:凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、細(xì)胞間隙CO2濃度(Ci)及蒸騰速率(Tr),并計(jì)算水分利用效率(EWU)∶EWU=Pn/Tr,氣孔限制值(Ls)∶Ls=1-Ci/Ca。每單株選擇樹冠外圍中部東側(cè)的5片功能葉片進(jìn)行測(cè)定,重復(fù)3個(gè)單株。

1.2.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

采用FMS-2便攜脈沖調(diào)制式熒光儀(FMS-2,Hansatech,United Kingdom),在08:00～20:00,測(cè)定光合參數(shù)的同時(shí)測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。測(cè)定自然光照下葉綠素?zé)晒鈪?shù),并得出實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)和PSⅡ電子傳遞速率(RET)。然后測(cè)定暗適應(yīng)30 min后葉片的初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在光化學(xué)活性(Fv/Fo)等熒光參數(shù),并計(jì)算光化學(xué)淬滅系數(shù)(Cqp):Cqp= (Fm′-Fs)/(Fm′-Fo),和非光學(xué)淬滅系數(shù)(CNPQ):CNPQ= (Fm-Fm′)/Fm′。每單株選擇樹冠外圍中部東側(cè)的5片功能葉片進(jìn)行測(cè)定,重復(fù)3個(gè)單株。

1.2.2.3 果實(shí)品質(zhì)

在果實(shí)成熟期,每個(gè)處理隨機(jī)采取30個(gè)果實(shí),運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

用電子天平稱取單果重,游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)的縱橫徑、果心橫徑、果梗的長(zhǎng)度和粗度,并計(jì)算果形指數(shù)(果實(shí)縱徑/果實(shí)橫徑)、心果比(果心橫徑/果實(shí)橫徑)。GY-2型果實(shí)硬度計(jì)測(cè)量果實(shí)硬度,PR-100型數(shù)字糖度計(jì)測(cè)定可溶性固形物含量(TSS)。采用2,6—二氯靛酚滴定法測(cè)定VC含量,用NaOH滴定法測(cè)定果實(shí)可滴定酸含量,用直接滴定法測(cè)定果實(shí)總糖含量,用冷凍法測(cè)定石細(xì)胞的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的整理和作圖利用Microsoft Excel軟件,采用IBM SPSS Statistics 21.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根域限制栽培對(duì)庫爾勒香梨葉片光合參數(shù)日變化的影響

研究表明,限根栽培與傳統(tǒng)栽培的庫爾勒香梨的凈光合速率日變化曲線均呈“雙峰”型,在14:00均出現(xiàn)了光合午休現(xiàn)象,兩者的凈光合速率均明顯下降,限根栽培的庫爾勒香梨被抑制的程度較大。在12:00出現(xiàn)第一個(gè)高峰值,此時(shí)限根栽培的庫爾勒香梨葉片的凈光合速率高于傳統(tǒng)栽培,達(dá)14.82 μmol/(m2·s),第二個(gè)高峰值出現(xiàn)在16:00,限根栽培和傳統(tǒng)栽培的第一高峰值都高于第二高峰值。除了20:00,限根栽培的光合速率均高于傳統(tǒng)栽培。

氣孔導(dǎo)度的日變化也呈現(xiàn)出“雙峰”的變化趨勢(shì),14:00出現(xiàn)首個(gè)高峰值,此時(shí)2種栽培模式的庫爾勒香梨葉片氣孔導(dǎo)度相差不大,限根栽培在16:00出現(xiàn)第二個(gè)峰值,而傳統(tǒng)栽培的第二個(gè)峰值出現(xiàn)在18:00,兩者的第二峰值也相差不大。2種栽培模式的庫爾勒香梨葉片胞間CO2濃度較為平穩(wěn),在14:00光強(qiáng)最大時(shí),限根栽培和傳統(tǒng)栽培的庫爾勒香梨葉片胞間CO2濃度都發(fā)生了下降,隨后略有上升。

2種栽培模式的庫爾勒香梨葉片的蒸騰速率日變化均呈“雙峰”趨勢(shì),且兩者的2個(gè)峰值都出現(xiàn)在12:00和18:00,12:00出現(xiàn)的第一個(gè)峰值顯著的低于第二個(gè)峰值,在14:00～18:00,蒸騰速率明顯呈上升趨勢(shì),樹體蒸騰速率較高,失水較多。氣孔限制值均在08:00～12:00出現(xiàn)上升,隨后限根栽培的庫爾勒香梨保持平穩(wěn)下降的趨勢(shì),而傳統(tǒng)栽培在14:00出現(xiàn)了較為明顯的谷值,隨后呈“先下降后上升”變化趨勢(shì)。限根栽培水分利用率在08:00～12:00保持著較高的值,在14:00出現(xiàn)了明顯的下降,之后隨著午后氣溫的降低,水分利用率日變化呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。傳統(tǒng)栽培在08:00氣孔限制值較低。但在10:00～12:00和限根栽培一樣,氣孔限制值保持著較大的值,并在14:00出現(xiàn)谷值。圖1

圖1 根域限制栽培下庫爾勒香梨葉片光合參數(shù)日變化

2.2 根域限制栽培對(duì)庫爾勒香梨葉片光合參數(shù)日均值的影響

研究表明,限根栽培的Pn日均值高于傳統(tǒng)栽培,但兩者之間的Pn日均值不存在顯著差異。2種栽培模式的庫爾勒香梨Gs日均值和Tr日均值相差不大,不存在差異。傳統(tǒng)栽培下葉片的Ci日均值高于限根植株,達(dá)203.93 μL/L,且兩試驗(yàn)組之間具有顯著差異性(P<0.05)。庫爾勒香梨水分利用率在不同栽培模式存在有較為明顯的差異,限根栽培的Ewu日均值達(dá)1.36 mmol/mol,兩者之間存在顯著差異。表1

表1 根域限制栽培下庫爾勒香梨葉片光合參數(shù)日均值變化Table 1 Effect of root zone restriction cultivation on daily average value of leaf photosynthetic parameters of korla fragrant pear

2.3 根域限制栽培對(duì)庫爾勒香梨葉片熒光參數(shù)日均值的影響

研究表明,限根栽培的熒光參數(shù)指標(biāo)初始熒光Fo、最大熒光Fm、PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率Fv/Fm、PSⅡ潛在光化學(xué)活性Fv/Fm均大于傳統(tǒng)栽培,其中只有PSⅡ潛在光化學(xué)活性Fv/Fm在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組之間的差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。限根栽培的PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率ΦPSⅡ高于傳統(tǒng)栽培,并與之存在顯著差異,2種栽培模式的庫爾勒香梨光化學(xué)猝滅系數(shù)Cqp和表觀光合電子傳遞效率RET不存在差異,傳統(tǒng)栽培的非光化學(xué)猝滅系數(shù)CNPQ高于限根栽培,但之間不存在顯著差異。表2

表2 根域限制栽培下庫爾勒香梨葉片 熒光參數(shù)日均值變化Table 2 Effect of root zone restriction cultivation on the daily average value of leaf fluorescence parameters of korla fragrant pear

2.4 根域限制栽培對(duì)庫爾勒香梨果實(shí)品質(zhì)影響

研究表明,限根栽培庫爾勒香梨果實(shí)的單果重減小,果形指數(shù)減小,果實(shí)的硬度也變小,硬度的陽面和陰面硬度一致,均為6.8 kg/cm2,均與傳統(tǒng)栽培之間差異不顯著。庫爾勒香梨果實(shí)的心果比在限根栽培模式下增大,且與傳統(tǒng)栽培差異顯著。果梗的長(zhǎng)度變長(zhǎng),但是粗度減小,與傳統(tǒng)栽培差異顯著。

限根栽培庫爾勒香梨果實(shí)的可滴定酸和可溶性固形物的含量高于傳統(tǒng)栽培,其中可滴定酸含量存在顯著差異?？扇苄蕴?、VC含量和石細(xì)胞的含量卻明顯減少,且均與傳統(tǒng)栽培有顯著差異。表3

3 討 論

光合能力的強(qiáng)弱直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[19],光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中最重要的一部分,光合參數(shù)和熒光參數(shù)可以較為直觀的反映植物的光合能力。研究中,限根栽培和傳統(tǒng)栽培的植株的Pn日變化曲線均呈“雙峰”曲線,都出現(xiàn)了明顯的光合午休現(xiàn)象,在14:00時(shí)2種處理的Gs值發(fā)生的明顯的下降,Ci值也在此時(shí)出現(xiàn)了下降的趨勢(shì),陳賢田等[20]的研究表明,氣孔因素導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度出現(xiàn)了明顯的降低產(chǎn)生的光合午休,是因?yàn)橹形绺邷?水分蒸發(fā)快,氣孔部分關(guān)閉,Gs、Ci下降,從而導(dǎo)致午間光合速率下降,因此此時(shí)抑制植株光合作用的主要原因是氣孔性限制。限根栽培的Pn和Ewu日均值大于傳統(tǒng)栽培,且兩者的Ewu日均值存在著顯著的差異,說明限根栽培可以提高植株的碳同化能力和水分有效利用率。可能是因?yàn)橄薷?根域環(huán)境限定在一定的區(qū)域范圍內(nèi),土壤能更好的鎖住水分,根系能更容易的吸水,致使根系的吸水能力增強(qiáng),水分利用率提高,與吳鑫泉等[21]的研究結(jié)果一致。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是確切反映植物光合器官對(duì)光能吸收、轉(zhuǎn)化和耗散等情況的重要指標(biāo)[22]。Fo與葉綠素含量有關(guān),反應(yīng)PSⅡ反應(yīng)中心處于完全開放時(shí)的熒光產(chǎn)量,研究發(fā)現(xiàn),限根栽培的Fo值大于傳統(tǒng)栽培,限根栽培的葉綠素含量高[23],PSⅡ反應(yīng)中心處于完全開放的熒光產(chǎn)量高。傳統(tǒng)栽培的Fv/Fm值、Fv/Fo值受到限制,與限根栽培Fv/Fm值存在顯著差異,庫爾勒香梨葉片能夠更加高效的將捕獲的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能[24],具有較高的PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率和PSⅡ反應(yīng)中心潛在活性。葉片的RET越大,ΦPSⅡ越大,而CNPQ越小,電子傳遞活性提高,傳遞效率也隨之提高,葉片的碳同化產(chǎn)物增加,與?，摤摰萚25]不同栽植密度庫爾勒香梨光合及葉綠素?zé)晒馓匦员容^的研究結(jié)果相一致。

限根栽培可以通過將植物根系固定在一定空間內(nèi),調(diào)節(jié)植物的地上部分和地下部分,當(dāng)根系生長(zhǎng)區(qū)域受到限制之后,地上部分也會(huì)發(fā)生改變[26]。張昭等[27]在對(duì)藍(lán)莓植株限根栽培后的研究表明,根域限制改變了植物地上部分的發(fā)育強(qiáng)度及生理代謝途徑,有利于樹體由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)方向轉(zhuǎn)化,進(jìn)而提高果實(shí)的品質(zhì)。研究中,將2種栽培模式的庫爾勒香梨果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn),限根栽培的植株梗長(zhǎng)增加、可溶性固形物增加、酸度減少、石細(xì)胞含量減少,果實(shí)的風(fēng)味得到了改善,肉質(zhì)細(xì)膩。限根栽培使植物根系不能隨意的向外擴(kuò)散,能更加有利的促進(jìn)根系吸收土壤中的肥料和水分[28],蒸騰作用增強(qiáng),水分更多的作用在光合上,光合作用增強(qiáng),光合產(chǎn)物更多的聚集與果實(shí)生長(zhǎng)上,果實(shí)品質(zhì)也會(huì)得到改善。

4 結(jié) 論

2種栽培模式的庫爾勒香梨Pn日變化曲線均呈“雙峰”型,存在明顯的光合午休現(xiàn)象。限根栽培的庫爾勒香梨Pn、Ewu日變化總體均高于傳統(tǒng)栽培,Pn、Ewu日均值也高于傳統(tǒng)栽培,Ci和Ewu日均值存在顯著差異。限根栽培的Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fm、ΦPSⅡ、CNPQ均大于對(duì)照組,2種栽培模式的庫爾勒香梨Fv/Fm、ΦPSⅡ差異顯著。限根栽培的果實(shí)品質(zhì)與對(duì)照組發(fā)生了改變,果梗較長(zhǎng),硬度較低,可溶性固體物增加,石細(xì)胞含量降低。限根栽培的庫爾勒香梨在葉片光合速率、熒光及果實(shí)品質(zhì)總體表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)栽培,庫爾勒香梨根域限制栽培可以作為塔里木盆地綠洲干旱、鹽堿區(qū)域庫爾勒香梨栽植的新模式。